Le test PCR pour le mozuku d’Okinawa pourrait augmenter les rendements et conduire à des souches tolérantes au climat

Un simple test PCR pourrait être utilisé pour améliorer la culture de l’algue brune comestible, le mozuku d’Okinawa, et même aider les tentatives de génération de souches tolérantes à la chaleur, ont rapporté des scientifiques de l’Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST). Le test PCR, décrit dans une nouvelle étude publiée le 9 juin 2022 dans Recherche Phycologiquedétecte neuf gènes qui révèlent le stade du cycle de vie de l’algue mozuku, ainsi que son sexe.

Le mozuku d’Okinawa (Cladosiphon okamuranus) est un super aliment algal très apprécié au Japon, que les agriculteurs cultivent le long du littoral d’Okinawa depuis les années 1980. À l’automne, les agriculteurs cultivent des germes de mozuku, ou « graines », dans des réservoirs, pour induire leurs bourgeons. Ensuite, les agriculteurs les transfèrent à l’océan sur des filets pour les faire pousser jusqu’à ce qu’ils soient récoltés au printemps. Environ 15 000 à 20 000 tonnes de mozuku sont collectées chaque année, contribuant pour plus de 2 milliards de yens à l’économie locale.

Cependant, les agriculteurs de mozuku sont actuellement confrontés à trois problèmes majeurs au cours du processus de culture. Premièrement, certaines graines de mozuku ne bourgeonnent pas. Deuxièmement, comme le mozuku pousse dans l’océan, il se détache parfois des filets et est emporté par le courant et les marées. Enfin, les algues sont particulièrement sensibles à la chaleur, la hausse des températures océaniques freinant leur croissance.

« En 2010, le rendement est tombé à moins de la moitié du niveau d’une année typique, ce que l’on pense être dû à un hiver exceptionnellement chaud », a déclaré le Dr Koki Nishitsuji, chercheur à l’unité de génomique marine de l’OIST, dirigée par le professeur Noriyuki. Satoh. « A mesure que le changement climatique se produit, la fréquence des hivers plus chauds pourrait augmenter, de nouvelles souches résistantes à la chaleur sont donc nécessaires. »

L’un des moyens les plus efficaces de concevoir des traits tels que la tolérance à la chaleur est le croisement, c’est-à-dire lorsque des individus de deux souches différentes sont croisés ensemble pour créer une nouvelle souche mixte. Cependant, les scientifiques ont eu du mal à croiser des algues en raison de difficultés à distinguer les cellules germinales mâles des cellules germinales femelles.

« Dans d’autres organismes, tels que les ovules et les spermatozoïdes chez les mammifères, il existe des différences visibles », a expliqué le Dr Nishitsuji. « Mais pour les algues, les germes ne peuvent pas être identifiés à l’œil nu, seulement par leur ADN. »

Au cours des dernières années, l’équipe de recherche de l’unité de génomique marine a décodé le génome des quatre différentes souches S, K, O et C du mozuku d’Okinawa, et de l’espèce apparentée Nemacystus decipiens, connue sous le nom d’ito-mozuku en Japonais.

Maintenant, en utilisant cette mine d’informations génomiques, l’équipe a pu identifier neuf gènes clés déterminant le sexe. Lorsque les scientifiques ont effectué des tests PCR sur les germes de mozuku, cinq de ces gènes n’ont été détectés que chez les mâles, tandis que les quatre autres n’ont été trouvés que chez les femelles.

« Maintenant que nous pouvons identifier le sexe, nous avons commencé à croiser la souche O avec la souche S et la souche K, pour voir si cela donne une souche plus tolérante à la chaleur », a déclaré le Dr Nishitsuji. « Nous travaillent également sur l’identification de gènes pouvant servir de marqueurs pour les différentes souches, afin que nous puissions pleinement confirmer que les croisements ont réussi. »

En plus d’introduire une résistance à la chaleur dans les souches nouvellement développées, le croisement peut également aider les chercheurs à résoudre le problème du mozuku emporté vers la mer, en développant des souches de mozuku qui s’attachent plus fermement aux filets.

Bien que principalement développé pour faciliter les croisements, le test PCR peut également être utilisé par les agriculteurs de mozuku pendant la phase « d’ensemencement » de la culture, en leur permettant d’identifier à quelle étape du cycle de vie se trouvent les germes.

Le cycle de vie du mozuku est compliqué et unique, comparé aux animaux et aux plantes terrestres. Les humains (et la plupart des autres animaux) sont diploïdes, ce qui signifie que les cellules de notre corps contiennent deux ensembles d’ADN : un ensemble de notre mère et un autre de notre père. Nos cellules germinales (ovules et spermatozoïdes) sont haploïdes, ce qui signifie qu’elles n’ont qu’un seul ensemble d’ADN. Lors de la fécondation, l’ovule haploïde et le sperme se combinent pour former un embryon diploïde.

Cependant, dans le mozuku, les germes se produisent à deux stades différents du cycle de vie, en tant qu’haploïdes et diploïdes. Mais seuls les germes diploïdes bourgeonnent et se transforment en mozuku mature comestible que les agriculteurs veulent cultiver. Si le réservoir est contaminé par des germes haploïdes, moins de bourgeonnement se produit, avec des rendements plus faibles de mozuku finalement récoltés.

« Les germes diploïdes ressemblent aux germes haploïdes mâles et femelles, c’est donc un moyen courant pour les agriculteurs de perdre du rendement », a déclaré le Dr Nishitsuji. « Mais maintenant, notre test PCR peut être utilisé très tôt pour vérifier s’ils sont diploïdes, car ces germes contiendront les neuf gènes mâles et femelles. »

À l’automne, l’équipe collaborera avec le centre préfectoral de pêche et de technologie marine d’Okinawa à Itoman et la coopérative de pêche d’Onna, en utilisant les tests PCR pour essayer d’améliorer leur rendement final.

Il est important de noter que les gènes marqueurs déterminant le sexe identifiés dans cette étude sont susceptibles d’être similaires pour d’autres algues brunes, comme Undaria pinnatifida (wakame en japonais) et Saccharina japonica (kombu), qui sont également des cultures économiquement importantes.